Erschienen am: 15.05.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 5 2018

Rotationsmodul mit 5,90 Meter Durchmesser in EMV-Prüflaboren

Der richtige Dreh für die EMV-Prüfung

Die Firma Frankonia ist weltweit als Spezialist für EMV-Prüflabore bekannt. Für ein chinesisches Prüflabor hat das Unternehmen jetzt eine Anlage zur Prüfung von bis zu 20t schweren Komponenten projektiert. Der Drehteller, auf dem die Bauteile geprüft werden, wird über ein großes Igus Rotationsmodul mit 6x10kV Mittelspannung versorgt.


Blick in ein EMV-Prüflabor: Größere Prüflinge wie Autos werden auf Drehtischen geprüft. Architektur und Absorber der Kammern gewährleisten eine störungsfreie Umgebung nach internationalen Standards und Normen.
Bild: Frankonia GmbH

Vom Hörgerät bis zum kompletten Verkehrsflugzeug: Elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, ist überall dort wichtig, wo elektrische Ströme fließen. Ein EMV-Test sämtlicher Komponenten gehört dann zu den Standardprüfungen. Getestet werden sowohl die vom Gerät ausgehenden Störaussendungen als auch - in umgekehrter Richtung - dessen Störfestigkeit, d.h. die Unempfindlichkeit gegenüber externen Störungen durch elektromagnetische Felder. Nach den Tests der einzelnen Komponenten werden diese nach und nach ins Gesamtsystem - z.B. ein Auto oder eben ein Flugzeug - verbaut und in der Wechselwirkung mit den übrigen Komponenten erneut getestet.

Weltweite Spitzenstellung bei EMV-Prüflaboren

Diese Prüflabore kommen bei sämtlichen Herstellern von Elektroprodukten, Service-Dienstleistern wie z.B. dem TÜV zum Einsatz. Mit zunehmendem technologischen Fortschritt von z.B. Elektrofahrzeugen oder dem autonomen Fahren, sind Absorberhallen natürlich auch in der Automobilindustrie essentieller Entwicklungsbestandteil. Außerdem ist eine EMV-Prüfung auch immer Bestandteil der CE-Kennzeichnung von Elektrogeräten. Je nach Größe und Typ des Prüflings, können die Absorberhallen für Fahrzeuge, LKW oder einen kompletten Zug entsprechende Größen von 50m Länge und mehr erfordern. Die Firma Frankonia hat unter Führung von Wolfgang Opitz bereits Anfang der 90er Jahre in Zusammenarbeit mit der Universität zu Köln eine besondere Art von absorbierenden Materialen erforscht und eine einzigartige Absorbertechnologie unter dem Namen Frankosorb entwickelt. Durch die besonderen Eigenschaften, wie z.B. die extreme Langlebigkeit und nicht-Brennbarkeit, erlangte Frankonia als internationaler Lösungsanbieter dominierende Alleinstellungsmerkmale und konnte sich in dieser hochkomplexen Nischenindustrie von EMV-Prüflaboren bei namenhaften Premiumherstellern etablieren. Heute entwickelt, forscht und produziert die Frankonia Gruppe ca. 95% aller Bauteile und Produkte nach bewährter modularer und vorgefertigter Bauweise in den eigenen Werken in Deutschland, Polen und China. Mit rund 300 Mitarbeitern weltweit ist eine gleichbleibende Qualität, hohe Flexibilität mit stetiger Anpassung an den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik garantiert.

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Prüfung auf dem Drehtisch

Größere Prüflabore z.B. für Autos sind häufig mit einem Drehtisch ausgestattet. Andreas Heindl, Product Development Manager bei Frankonia: "Die Messung während der Drehbewegung erlaubt einen genauen Scan des kompletten Prüflings und zeigt kritische Hotspots." Im aktuellen Projekt wurde von Frankonia ein EMV-Prüflabor entwickelt, das alle Bedingungen zum Prüfen der der kundenspezifischen Prüflinge abdeckt. Dies beinhaltet auch einen Drehtisch, der für eine Belastung von 20t ausgelegt und Anschlüsse für Generatoren, Trafos und Elektromotoren besitzt.

Aufgabe: Zuführung von sechs 10kV-Leitungen

Zu den Besonderheiten des Projekts gehörte es, dass die Komponenten während der Tests mit Mittelspannung - genauer gesagt: 10kV Spannung bei 700A - versorgt werden müssen. Somit standen die Konstrukteure vor der Herausforderung, mehrere Leitungen mit beachtlichem Querschnitt (und entsprechendem Gewicht) durch den Drehtisch zu führen. Wie löst man diese Aufgabe? Die Antwortet lautet, kurz und bündig: Mit Energieketten von Igus und einem dazugehörigen Rotationsmodul. Energieketten schützen die in ihnen geführten Leitungen und Schläuche vor Ausfall und Verschleiß. Sie ermöglichen eine sichere Versorgung von Anlagen und Maschinen mit Energie, Daten sowie Medien und sind dabei ständig in Bewegung. Das Rotationsmodul besteht aus einer solchen Energiekette in RBR-Ausführung, das heißt mit rückwärtigem Biegeradius. Die Kette wird um 90°C zur gewohnten Installationsart gekippt, also quasi hochkant gestellt, und in einer eigens dafür entwickelten Rinne geführt. So entsteht ein kompaktes und überaus robustes Energieführungssystem, das rotierende Bewegungen ausführt - das Rotationmodul. Solche Module bewähren sich weltweit z.B. in Kranlagen für Heavy-Duty-Anlagen, etwa in Schiffskranen der Kohle-, Öl- und Gas-Branche. Die Anwendung bei Frankonia stellte aber zusätzliche Anforderungen, die sich aus dem Testumfeld ergeben. Andreas Heindl: "Alle Komponenten müssen vollkommen neutral sein, was elektromagnetische Wellen betrifft." Konventionelle Energieketten kommen also nicht in Frage, da statische Aufladungen entstehen können, wenn die nebeneinander liegenden Kettentrums sich gegenseitig berühren oder in der Bewegung im Kontakt mit der Rinne sind. Dadurch würde das EMV-Testergebnis beeinflusst werden.

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ESD-gerechte Energiekette und Rotationsmodul mit 5,90m Durchmesser

Deshalb werden hier ESD-gerechte Ketten aus dem E4 Programm von igus verwendet. Sie unterscheiden sich von konventionellen Werkstoffen durch eine Graphit-Beimischung für Ex-Bereiche. Diesen Kettentyp setzt Frankonia häufiger ein. In diesem Fall entschieden sich die Konstrukteure für eine sehr große Kette mit einer Innenhöhe (bzw. in diesem Fall Innenbreite) von 80mm. Mittelstege sorgt für eine optimale Führung der sechs kettentauglichen Chainflex Leitungen, die eigens für bewegte Anwendungen entwickelt wurden und einen Querschnitt von jeweils 120mm² aufweisen. Insgesamt lieferte igus für dieses Projekt mehrere hundert Meter dieser Leitungen. Außerdem werden diverse Niederspannungs- und Steuerleitungen durch die Kette und das Rotationsmodul geführt. Der Drehtisch hat einen Durchmesser von sieben Metern und kann bis zu 20t schwere Prüflinge aufnehmen. Während eines Testzyklus, der in der Regel mehrere Stunden dauert, führt er eine Drehung von 400°C aus: 200°C in die eine Richtung, dann zurück in die Ausgangsstellung und 220°C in die Gegenrichtung. Die Überdeckung gewährleistet, dass der Prüfgegenstand komplett erfasst wird.

'Schwimmende Inseln' als Führungselemente

Die Befüllung des Energieführungssystems mit Mittelspannungsleitungen bringt erhebliches Gewicht mit sich. Das beansprucht die Kette, deren Konstruktion darauf bestens vorbereitet ist und sich - auch in der Ausführung mit beidseitigem Biegeradius - durch sehr hohe Stabilität und Verwindungssteifigkeit auszeichnet. Dafür sorgt u.a. das Konstruktionsmerkmal des Hintergriffs, über den die einzelnen Kettenelemente verbunden sind. Das Rotationsmodul hat einen Außendurchmesser von knapp sechs Metern. Um bei solchen Dimensionen eine sichere und reibungsarme Führung der Energiekette zu gewährleisten, kommen bei diesem Projekt sogenannte 'schwimmende Inseln' als spezielle Führungselemente zum Einsatz. Andreas Heindl: "Die schwimmenden Inseln reduzieren auch die Geräuschentwicklung - das ist ein angenehmer, vom Anwender gewünschter, Nebeneffekt."

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Montage in China mit Unterstützung von Igus

Mit den Igus Rotationsmodulen hat Frankonia bereits umfassende Erfahrung gesammelt. Andreas Heindl: "Wenn wir EMV-Testhallen mit Drehteller projektieren, sind diese Module einfach die beste Lösung. Alternativen wie etwa Schleifringe können wir bei EMV-Tests nicht einsetzen, weil von den Leitungen und Führungen keine Störung ausgehen darf, die das Messergebnis beeinflussen kann." Aus diesen Gründen wird auch größter Wert auf eine sehr gute Schirmung der Leitungen gelegt, und bei den Anschlüssen kommen spezielle Verbindungselemente zum Einsatz. Zurzeit wird die EMV-Testeinrichtung mit dem XXL-Rotationsmodul, der ESD-Energiekette und den 10kV Chainflex Leitungen in China montiert - von Frankonia-Personal vor Ort und mit Unterstützung von Igus Monteuren in China.

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